Bestämning av organisk halt, karbonathalt och sulfidhalt i jord

SWEDISH GEOTECHNICAL INSTITUTE

RAPPORT

REPORT No27

Bestämning av organisk halt, karbonathalt och sulfidhalt i jord

ROLF LARSSON GÖRAN NILSON JAN ROGBECK

LINKÖPING 1985

SWEDISH GEOTECHNICAL INSTITUTE

RAPPORT

REPORT No27

Bestämning av organisk halt, karbonathalt och sulfidhalt i jord

ROLF LARSSON GÖRAN NILSON JAN ROGBECK

LINKÖPING 1985

AB 0STG0TA.TAYCK u<PG

FÖRORD

Denna rapport behand1ar o1ika metoder för bestämning av organisk ha1t, karbonatha1t och su1fidha1t med specie11t avseende på geotekniskt bruk.

Avsikten med det arbete som redov i sas har varit att få fram metoder med ti11räck1ig noggrannhet men som samtidigt är enk1a och på1it1iga och kan utföras som rutinförsök på geotekniska 1aboratorier. De metode r som re­ kommenderas beskrivs i bi1aga.

Rapporten ingår som en de1 av den forskning som bedrivs vid SGI rörande organiska jordars egenskaper med ans1ag från Statens Råd för Byggnads­

forskning och Vägverket.

01ika metoder för bestämning av organisk ha1t och karbonatha1t som pro­

vats har hämtats från Norges Geotekniske Institutt i Os1o, Tekniska Forsk­

ningscentra1en i He1singfors och Fö1dmerö es Ta1ajvizsgalo Va1la1at i Budapest.

Den metod för bestämn i ng av su1fidhalt som provats grundar sig på ett examensarbete av Håkan Svensson vid kemiska institutionen, Linköpings Universitet.

Värdefu11a synpunkter angående bestämning av su1fidha1t har också 1äm­

nats av Arvid Jacobsson, Tekniska högskolan i Luleå och Danai Georga1a, Scandiaconsu1t.

De noggrannare bestämningar av organisk hq1t och karbonatha1t som använts som referensbestämningar har utförts av Statens Lantbrukskemi ska Labora­

torium.

Referensbestämningar av svave1ha1t har utförts av Micro Kemi AB i Uppsa1a.

I en jämföre1se me1lan mera noggranna metoder för bestämning av organisk ha1t har Sveriges Geo1ogiska Undersöknings Jordarts1aboratorium, Insti­ tutionen för skog1ig mark1ära vid Sveriges Lantbruksuniversitet, avd för marin mikrobio1ogi vid Botaniska institutionen Göteborgs Universitet, Statens Lantbrukskemiska Laboratorium och kvartärgeo1ogiska institutio­

nen vid Stockho1ms Universitet medverkat.

Björn Fölster hjälpte till med utprovandet av metoderna för bestämning av organisk halt och karbonathalt med gastrycksmätning och Anders Aspberg gjorde en stor insats vid utprovningen av kolorimetriska metoder och me­

toden för sulfidhaltsbestämning.

Till alla dessa personer och institutioner riktas ett hjärtligt tack.

Rolf Larsson Göran Nilson Jan Rogbeck

SAMMANFATTNING SUMMARY

1. INLEDNING

1.1 Begreppet organisk jord 1.2 Inverkan av organisk halt 1.3 Inverkan av karbonathalt 1.4 Inverkan av sulfidhalt 1.5 Förekomst och bildning av 1.6 Klassificering

Sid

7 8

9

9 9 10 10

organisk jord ¹⁰

17

1.7 Behov av bestämning av organisk halt, karbonathalt och 18 sulfidhalt för geotekniskt bruk

1.8 Metoder som använts inom geotekniken för bestämning av 20 organisk halt, karbonathalt och sulfidhalt

2. UNDERSÖKNINGENS SYFTE OCH OMFATTNING

3. METODER FÖR BESTÄMNING AV ORGANISK HALT

3.1 Allmänt

3.2 Glödgningsförlust

3.3 Behandling med väteperoxid

3.4 Bestämning av organisk halt genom bestämning av kol

21

22

22 22 29 halten organiskt 29

3.5 Bestämning av organiskt kol genom torrförbränning 30 3.6 Bestämning av organiskt kol genom våtförbränning 32

3.7 "Snabba" titreringsmetoder 34

3.8 Kolorimetermetoden 36

3.9 Reflexionsmätning 37

4. METODER FÖR BESTÄMNING AV KARBONATHALT 38

5. METODER FÖR BESTÄMNING AV SULFIDHALT 43

6. EGNA UNDERSÖKNINGAR 48

6.1 Jämförande analyser med kolanalysatorer och våtförbränning vid olika 48 institutioner

6.2 Glödgningsförlust 52

6.3 Våtoxidering med mätning av gastryck 57

6.4 "Snabba" titreringsmetoder 61

6.5 Kolorimeterbestämning 62

6.6 Bestämning av sulfidhalt ₆₇

7. SLUTSATSER 71

8. REFERENSER ₇₄

BILAGOR: Metodbeskrivningar

BESTÄMNING AV ORGANISK HALT MED KOLORIMETERMÄTNING ₇₉ BESTÄMNING AV KARBONATHALT GENOM GASTRYCKSMÄTNING (MOUMS APPARAT) ₈₅ BESTÄMNING AV JÄRNSULFIDHALT GENOM VÅTOXIDERING OCH TITRERING ₉₁

SAMMANFATTNING

En undersökning har utförts för att få en uppfattning om med vilken nog­

grannhet organisk halt, karbonathalt och sulfidhalt i jord rutinmässigt kan mätas. Undersökn i ngen har också syftat till att få fram enkla och pålitliga metoder för bestämning av dessa halter med en noggrannhet som kan anses erforderlig i geotekniska sammanhang.

Jämförande försök har utförts med ett stort antal metoder, enkla såväl som mera komplicerade. Därvid har funnits att på grund av den naturliga variation som finns i naturliga prover och de små delprover som analyse­

ras, kan praktiskt taget samma noggrannhet erhållas med enkla metoder för bestämning av de nämnda halterna som med mera komplicerade analysme­

toder. Efter utprovning av olika enkla metoder rekommenderas att organisk halt bestäms med kolorimetermetoden i jordar med låga och medel höga orga­

niska halter. För bestämning av mycket höga halter av organiskt material eller askhaltsbestämning i torv rekommenderas bestämning av glödgnings­

förlust.

För bestämning av karbonathalt rekommenderas användandet av Moum - alter­

nativt Chittickapparat.

För bestämning av sulfidhalt rekommenderas en metod med våtförbränning och titrering .

De rekommenderade metoderna beskrivs detalj bilaga.

An investigation has been made in order to get an estimate of what accu­

racy can be obtained in routin determinations of organic matter, carbon­

ates and sulphides. The investigation has also been aimed at getting sim­

ple and reliable methods for determination of these contents accurate enough for geotechnical purposes.

Comparative tests have been performed with a large number of methods;

simple as well as more complicated. In these comparisons has been found that, due to the natural variation in natural soils and the very small samples used in the analyses, the same accuracy can practically be ob­

tained by simple methods to determine the various contents as by more complicated methods.

After tests with various simple methods a recommendation is given to use the colorimetric method for determination of organic matter in soils with low to medium high organic contents. For determination of very high or­

ganic contents or determination of the ash content in peats the ignition loss method is recommended.

For determination of carbonates the use of Moum ' s apparatus or the Chit­

tick apparatus is recommended.

For determination of sulphides a method with wet combustion and titration is recommended.

The recommended methods are described in detail in appendix.

1. INLEDNING

1.1 Begreppet organisk jord

"Jord med organiskt innehåll '' har inom geotekniken ofta varit ett mång­

tydigt begrepp med mycket diffusa indelningsgrunder. Förutom odiskutabla former som torv och gyttja finns en mängd övergångstyper mot de rent mi­ nerogonena jordarterna. Exempe l på sådana är lergyttja, gyttjelera och svämsediment.

Sulfidrika leror och s k svartmocka, som oftast består av fi nsilt, räk­

nas ofta som organiska jordar. Till kategorin organiska jordar räknas ibland också kalkrika sediment, typ bleke och diatomejord och går man riktigt långt räknas också skaljordar in i begreppet. Mylla och andra ytjordarter som har någon form av organiskt innehåll räknas också till de organi ska jordarna.

1. 2 Inverkan av organisk halt

Ett organi skt innehåll i jord påverkar dess struktur och egenskaper. I geotekniken används ofta olika vattenkvoter (naturlig vattenkvot, flyt­

gräns, plasticitetsgräns) för att beskriva jordens tillstånd och egenska­

per. Så länge man rör sig med ren mineraljord med en någorlunda konstant kompaktdensitet av ungefär 2,7 t/m³ utgör dessa vattenkvoter ett praktiskt indirekt mått på relationen mellan det fasta materialets volym och porvo­

lymen vid ol ika tillstånd. En inblandning av organisk substans med mycket lägre kompaktdensitet ger ett förändrat förhål lande mellan porvolym och fast volym vid samma vattenkvot.

Ett oförmultnat organiskt material har genom sin partikelform och sina fibrer en förmåga att bygga upp en mycket öppnare struktur än motsvarande oorganiska material. På grund av bildningssättet och det organiska mate­

rialets låga densitet har den organ iska jorden ofta mycket låga förkon­

solideri ngstryck, vilket tillsammans med den öppna strukturen ger en myc­ ket hög kompressibilitet.

Även förmultnat organiskt material har som regel hög kompressibilitet.

Innehållet av fibrer i oförmultnad organisk jord ger den väsentligt an­

norlunda hållfasthetsegenskaper än oorganisk jord.

Kraft-deformationsegenskaperna påverkas också påtagligt av ett organiskt innehåll liksom jordens permeabilitetsegenskaper .

Ett innehåll av organisk substans påverkar grovkornig jords användbarhet vid betongtillverkning negativt. Också vid ytstabilisering av lera med kalk och kalkpelarförstärkning har ett organiskt innehåll negativ inver­

kan.

1.3 Inverkan av karbonathalt

Den i nverkan av ka lciumkarbonat som kans ke mest uppmärksammats är, at t den är en stor felkälla vid många typer av bestämning av organisk halt.

Kalciumkarbonat kan också fäl las ut och kitta samman lerpartiklar och den ''cementeri ng" som man talar om för vissa leror antas ofta bero på denna process.

pH och jordens övriga kemiska egenskaper påverkas av kalciumkarbonat.

Den är relativt lätt att lösa ut och förekommer därför normalt i myc ket mindre grad i torrskorpan än i underliggande jord. Kalciumkarbonaten lö­

ses dessutom av de flesta syror. Avfallsdeponering i och tätskärmar av jord med innehåll av kalci umkarbonat är därför ofta olämpligt.

1.4 Inverkan av sulfidhalt

Sulfid i jord kan innebära många olika problem.

Då järnsulfid oxideras bi ldas sulfat och svavelsyra. Förekomst av sulfid medför därför r isk för korrosion oc h angrepp på betong.

Försök med kalkpelarförstärkning sulfidjord har visat att kalkpelarna påverkas negativt av sulfiden.

Vid avfallsdeponering i sulfidjord finns risken att syror från avfallet löser upp järnsulfiden.

Järnsulfid är också en felkälla vid många typer av bestämning av organisk halt .

1.5 Förekomst och bildning av organisk jord

Också om man bortser från ytjordarter (mylla mm) är utbredningen av jor­

dar med organiskt innehåll relativt stor. Några exakta sifferuppgifter kan dock inte ges. Generellt brukar man räkna med att enbart torvmarkerna utgör en femtedel av landets totala areal , dvs ett område större än hela Svealand. Största torvarealen förekommer i Norrland, men även i södra Sverige är i medeltal över åtta procent av markytan torvbetäckt. Fördel ­ ningen är ojämn. Såt ex utgör torven i Mälartrakten endast ett par pro­

cent av arealen . I gränstrakterna Halland och Småland å andra sidan, är mer än ha l va markytan torvbetäckt ( Magnusson et al, 1963), Fig 1.

r ^r

^'(

MYRA R

L ­

I

I

Myrarna, torvmar­

kcrna, synes vara sam­

lade till större ytor inom vissa områden (norra Skåne, väster om Vättern, västra Dalarna, Jämtlands silurområdc, Kiruna­

trakten). Nykartc­

ringcn i Jämtland visar emellertid, att även området upp emot fjällen är myc­

ket rikt på myrar.

Möjligen är det lika­

dant inom övriga Norrland. Grått ­ kalfjäll. Efter Atlas L_f...j0•-­ över Sverige bl.

1,. 41-42.

F,{,g 7. To4vmMkV1. ,{, Svruge. G4å yto4 mMkV!.M W6jäLl. (Magnw.,~on et al., 7963)

Att f å en uppfattning om övriga organiska j ordarters utbredning är svå­

rare. En grov metod är att studera kartorna över lerområdenas utbredning i Sverige och matjordens beskaffenhet i odlade områden, Fig 2 a och b.

ÅKERMARKENS FINKORNIGA MATJORDSTYPER

ENLIGT G EKSUOM 19Sl

'---"---­

--~ _ /:IJ,;';;f=""'""'

1 · ;, ^{I . ,.,.}

,..,le,,.,.

- N.Jdllt:tTJ

~Fmmoluo

l..d- =

(S;ler,gm.JÖfo

D ~r,,_,

Fig Za . LeJtomnåden i Sv~ge

E6.teJt A:ltr;.,6 ci^veJt

Fig Zb. FinRonniga ma;t.jo ­ doJi. i odlade omnå­

Sv~ge, bl 15-16. den. (MagnU/2-t.on

(MagnU/2-t.on <U al, e.,t al, 7963 . )

7963 . )

Kartan över lerområdenas utbredning inkluderar såväl glacial som postgla­

cial lera och dessutom moränlera. Som framgår av kartan över matjordens beskaffenhet torde en stor del av de områden i Norrlands kustland som markerats som lera i Fig 2 a i verkligheten bestå av finsilt.

Med kännedom om Sveriges geologiska historia kan sedan några antaganden göras om förekomsten av ol i ka typer av jord med organiskt innehåll. Gene­

rellt gäller att topografiskt lägre liggande partier av dessa lerområden främst består av postglacial lera. Detta är speciel l t utpräglat på den svenska västkusten. Här är den postglaciala leran helt dominerande i stör­

re delen av dalgångarna, medan den glaciala leran påträffas under den postglaciala leran och i smala stråk utmed dalsidorna.

Avsättningen av den postglaciala leran startade vid en tid då stora delar av landet låg under havsytan. Samtidigt som inlandsisen drog sig tillbaka steg temperaturen och därigenom också den bilogiska aktiviteten i de nu isfria områdena. Detta medförde ett ökat inslag av växt- och djurrester i de sediment som avsattes. Sjö och havsbottnar grundades långsamt upp av en blandning av minerogent och organiskt material och genom den pågå­

ende landhöjningen kom havsvikar att snöras av och övergå i sjöar och sankmarker. Härvid bildades jordar som gyttjiga leror, leriga gyttjor och gyttjor allteftersom det organiska innehållet ökade. Dessa alltmer organiska jordar kom således att överlagra den postglaciala leran inom relativt stora områden. Mäktigheten varierar från plats till plats och några generella värden kan ej ges.

Gyttja och gyttjig lera förekommer i relativt stor omfattning i topogra­

fiskt lågt liggande och tättbefolkade områden som Mälarbygden, Uppland , Västergötland, Östergötland och längs Västkusten.

På vissa håll växte sjöarna igen och övergick i kärr och mossar. I dessa miljöer bildades olika former av torv. Kärr och mossmarker bildades också genom t opografiska betingelser som ledde till högt stående grundvatten­

ytor och sankmarker.

En typ av sediment med kraftigt varierande halt av organiskt material är de sk svämbildningarna. De har avsatts i vattendrag, sjöar och hav som under högvatten svämmat över sina naturliga gränser. Svämsedimenten innehål ler därigenom en blandning av grovt och fint, organiskt och mine­

rogent material. En speciell typ av svämsediment är svämlera, vi l ken an ­ ses ha blivit vanligare i och med att växtodlingen tilltog. Avrinnings­

vattnet från åkrarna kan härvid bortföra en mängd finkornigt material

som vegetationen annars skulle ha bundit. Svämleran förekommer huvudsak­

ligen inom de större odl ingsområdenas låglänta partier (exvis Mä lartrak­

ten) .

De jordarter med organiskt innehåll som ytmässigt har den största utbred­

ningen är humus- och mulljordar (matjord). De kan sägas utgöra samlings­

namn på markens ytlager och har bildats genom förmultning av döda växt- och djurrester. Humusjordar (skogsmark) har ofta tydlig växtstruktur, medan mulljordar (åkermark) vanligtvis är helt förmultnade.

Jordprofilerna innehål ler varierande mängder med kalk.

Förutom de lerpartiklar som härstammade från ~lkrika bergarter fälldes kalk som lösts i avsättningsvattnet ut och redan i tidiga stadier avsat­

tes varierande mängder av skalbärande organismer. Resterna av dessa kan vara mikroskopiska och jämnt förde lade i jorden men också utsvallade skikt av skaljord förekommer. Karbonatinnehållet i en jordprofil varierar såle­

des i olika skikt beroende på avsättningsförhållandena. I torrskorpan och övriga klimatpåverkade zoner har sedan karbonatinnehållet reducerats kraftigt på grund av vittring och urlakning. Fig 2 c.

sjöar med hög kalkhalt bildades oli ka former av kalkgyttja och bleke.

Vittrat kalkmaterial transporterades långa sträckor från den kalkrika berggrunden och förekommer i stora delar av Sverige . Fig 2 d.

I leror förekommer också ofta lager innehållande rester av nedbrutet or­

ganisk material, som under nedbrytningsprocesser i en reducerande miljö omvandlats till bl a amorf järnmonosulfid. Järnsulfiden som i renodlat tillstånd är helt svart, uppträder som fläckar, flammighet, band eller svartfärgar helt leran. I kontakt med luft bleknar färgen på grund av oxideri ng.

I norra Sverige skedde en speciell typ av masstransport. De postglaciala sedimenten avsattes i Bottenvikens djupsänkor. På grund av landhöjdningen och de smala fjordlika vikarna kom älvarna sedan att erodera igenom tidi­

gare avsatta deltaavlagringar. Sedimenten avsattes på nytt längre och längre ut allteftersom kustlinjen flyttades. Avsättn ingen skedde i lugn­ vatten utefter älvarna och längs kusten. Mäktiga lager av silt och lera med inslag av döda alger och djurrester kom härvid att bildas. Avsätt­

ningen skedde i en reducerande miljö. Nedbrytningen av det organiska mat­

rialet i denna miljö skapade en speciell jordart som bara förekommer i

Bottenvikens kustområden och kallas svartmocka. Den består av silt (sul­

fidsilt) eller lera (sulfidlera) med hög halt av svaveljärn. Sulfidleran har som regel hög silthalt. Svartmockan är svart eller mörkgrå i naturligt tillstånd. Järnsulfiden oxideras vid kontakt med luft varvid färgen bleknar. Gyttjehalten i svartmocka varierar men är vanligen relativt låg.

Sulfider förekommer i varierande omfattning i huvuddelen av Sveriges lerområden. Höga sulfidhalter förekommer mera frekvent norra Sveriges kustland från Gävle i söder till Haparanda i norr.

Strot'9"ofi Korn•lorl•ks ­

• lörd• ln1n9%

Hvmus ,-, Cl mg-g -^{1 mg}

.•

^g·1

I

Na m9-g·1 Mg:No

j .. , ' "" ... ,

10

02

"

20 01

Fig 'Zc. . Få°J1.delrunge.n av nå.gM kem,U.,k.a och 6y;.,ik.awka paAame.bw.Jt i boM­

k.ä!tna 18 , Tuve.. F~å.n Ccuo 1981.

~~:;·~,!',~9;.:~end

, ~ ~~;sk::~:::

:::Qrler

, ,' ₁ Kolkmaler,cfell transpcrlr,kln,ng

" I Tra,upor{ d,rtct>M of d,,rn1r9ratedrG<hr,c/i1n/o·•e

Kambrosilurmatcri­

alets spridning från fasta klyften (av­

gränsningen av om­

rådena i Östersjön och Bottenhavet är osäker). Avgräns­

ningen av områdena med kalkrikare jord­

arter är till stor del grundad på förekom­

sten av kalkscdimcnt i myrar och sjöar.

Efter G. Lundqvist i Atlas över Sverige.

Korrigerad efter A.

:Martinsson (Öster~

sjön) och V. Vclt­

._,._,__ __ _ _._,_ _ _ _ _ __ _ __ __••~.-~.~ ••~ -~.~ ~... ., ..,Jhcim (Bottenhavet).

F-i.g Zd. Ka1..lvui2 bVl.ggnu.nd och i2a1..i2haft-i.ga ,1,e.cume.n-t -i. my-1ta1t och 1.,jå'a1t -i. Sve.Jt-i.ge.. Fnån Magnu.J.,.t,on

u

^al.. 7963 .

1.6 Klassificering

En indelning av organisk jord med hänsyn till färg, konsistens och bränn­

bar organisk substans har varit i bruk inom geotekniken sedan 1959 (SGI Med Nr 5, 1959). Med brännbar organisk substans avsågs här glödgningsför­

lusten med någon form av korrektion.

SGF's laboratoriekommitte har nu utarbetat nya noggrannare laboratorie­

anvisningar för klassificering av jord för geotekniskt bruk. Enligt dessa klassificeras jorden med hänsyn till såväl bildningssätt som sammansätt­

ning, (Karlsson & Hansbo, 1984). I denna klassificering skiljer man på organisk jord, kalkjord, skaljord och sulfidjord.

Jord med organiskt innehåll indelas med hänsyn till den organiska halten enligt tabell 1.

To.be.U 1. Rik-tväJi.den 6ö1t induning av jo1tdaJL:te1t e6-te1t haUen av 01tga­

n,,u., 12 1.iub1.i-tan1.> I.lamt ex empu på be.nämningaJt.

Jordartsgrupp Halt av organisk jord Exempel på benämningar i viktprocent av

torrsubstansen

Organiska mineraljordarter 2-6 Gyttjig k ra

Dyigsilt

Mullhaltig, lerig sand Mineraliska organiska jordarter 6-20 Lerig gyttja

Siltig dy Sandig mulljord

Organiska jordarter >20 Gyttja

Dy Torv Mulljord

Med hänsyn till bildningssätt indelas de organiska jordarna olika for­

mer av torv, gyttja och dy. Torv indelas i sin t ur med hänsyn till för­

multningsgraden en li gt tabell 2.

Tabell. 2. Inddrung av :tall.V me.d hänJ.itjn .ull 6å'Jtmu1..:trungl.)gJtade.n.

Benämning Grupp i von Posts Beskrivning skala (I 921)

Lågförmultnad torv H l-H4 ^Lätt urskiljbar väXtstruktur, i första hand vit­

mossor. I regel filtig struktur.

Mellantorv H5-H7 Måttlig förmultningsgrad. Urskiljbar väXt­

struktur.

Högförmultnad torv H8-HIO Mycket otydlig eller ej urskiljbar väXtstruk­

tur. Grötig konsistens.

Kalkjordarna indelas med hänsyn till halten av kalciumkarbonat enligt tabell 3.

Tabell. 3. R,i_k;tvä!tde.n 6ti11. ,i_nddrung av Mnlzo11.ruga jOJtdall.:tVt e.6:t.Vt Wlz­

ha.i.,t (ha.1,t av lzaluwnlzall.bona:t) .

Benämning Kalkhalt i viktprocent

Kalkjordar (kalk bleke, skrivkrita) )80

Lerig eller siltig märgel 80-40

Mycket märglig eller mycket kalkhaltig lera eller silt 40-20 Märglig eller kalkhaltig lera eller silt 20-5

Vid lägre kalkhalt än 50Jo, kan lilläggsbenämningen "något märglig" eller "något kalkhaltig" användas.

Denna indelning gäller främst jordar typ bleke, krita och märgel inom områden med kalkhaltig berggrund el ler leror som har sitt ursprung från sådana.

Jordar som innehål ler skal har också en halt av kalciumkarbonat som kan bli mycket hög i skal lagren. Dessa brukar dock benämnas med avseende på frekvensen av synliga skal.

Förekomst av sulfid anges alltid vid benämningen av jord men begreppet sulfidjord (svartmocka) är förbehållet de sulfidrika jordarna i Norrlands kustland. Någon indelning med avseende på sulfidhal ten görs inte.

1.7 Behov av bestämning av organisk halt, karbonathalt och sulfidhalt för geotekniskt bruk_

många geotP.kniska sammanhang anses det inte nödvändigt att bestämma något noggra nnare värde på den organiska halten i jorden. Hållfasthets­

och deformationsegenskaper framgår ur andra typer av geotekniska fält­ och laboratorieförsök och en snabb benämning kan ofta göras okulärt med

hjälp av jordens flytgräns. En noggrannare benämning fordrar dock bestäm­

ning av den organiska halten.

Med de nya gränserna för indelning bör bestämningen kunna utföras med en nogrannhet som åtminstone l igger inom ±1% för låga organiska halter.

För torvjordar använder man sig ofta av empiriska relationer för bedöm­

ning av kompressionsegenskaperna. Dessa relationer är ofta baserade på naturlig vattenhalt och organisk halt (alt askhalt) och den organiska hal ten måste således bestämmas.

Grovkornigare jords lämplighet för användning vid betongtillverkning be­

döms vanligen genom att studera färgreaktionen i 3-procentig natriumhyd­

roxid. Denna färgreaktion översätts ej till någon organisk halt utan fär­

gen används direkt för att bedöma jordens lämplighet.

Ett organiskt innehåll påverkar effekten av kalkstabilisering av jorden negativt. Den erforderliga mängden kalk ökar med ökande organiskt inne­

håll och man kan dessutom behöva andra tillsatsmedel som gips, cement och/eller flygaska. För bedömning erfordras bl a bestämning av naturlig vattenkvot, flytgräns och organisk halt.

Efter införandet av den nya klassificeringen av kalkjordar med hänsyn till kalkhalten erfordras för noggrann benämning en bestämning av halten kalciumkarbonat för dessa jordar.

Halten av kalciumkarbonat måste också fastställas vid bestämning av den organiska halten genom glödgning eller genom bestämning av den totala kolhalten. I dessa fall utgör förekomst av kalciumkarbonat en stor fel­

källa som man måste korrigera för. Halten av kalciumkarbonat behöver ock­

så ofta bestämmas vid bedömning av jordens kemiska egenskaper och dess lämplighet somt ex tätningsmaterial och vid avfallslagring.

Sulfidhaltsbestämning kan behöva utföras för bestämning av jordens kemiska egenskaper. Blotta förekomsten av sulfid el ler sulfat i jord gör att kor­

rosivitet och risk för angrepp på betong ökar. Ett ökande sulfidinnehåll ökar korrosiviteten markant. Sulfidhalten behöver ofta bestämmas för be­

dömn i ng av jordens lämplighet i samband med avfallsdeponering och tätskär­

mar.

Förekomst av järnsulfid i jorden utgör en felkälla vid bestämning av or­

ganisk hal t genom glödgning.

1.8 Metoder som använts inom geotekniken för bestämning av organisk halt, karbonathalt och sulfidhalt

Inom geotekniken har organisk halt i huvudsak uppskattats genom bestäm­

ning av gl9dgningsförlusten. Glödgningsförlusten har sedan, ofta under antagande att jorden varit karbonatfri, korrigerats enligt erfarenhets­

värden för olika svenska jordar, som härstammar från Ekström (1927) . Vid bestämningarna har synliga skal plockats bort och för påtagligt kalkhal­

tiga jordar har man ibland bestämt karbonathalten och korrigerat för den­

na. I sulfidhaltiga jordar har man inte skilt på glödgningsförluster på grund av organiskt innehåll och förluster på grund av järnsulfid utan antagit att de gett en likartad påverkan på jordens egenskaper. Halten av kalciumkarbonat har grovt uppskattats genom okulär besiktning av ett prov som behandlats med utspädd saltsyra. Noggrannare bestämningar har gjorts med Passon's apparat, som mäter den gasvolym som utvecklas vid behandling av provet med utspädd saltsyra. Sulfidbestämningar har inte utförts i någon större omfattning för geotekniska ändamål.

Inom angränsande ämnesområden, som också sysslar med jord såsom lantbru­

ket, skogsbruket och geologin vilka behövt noggrannare bestämningar, har utvecklingen gått vidare och en rad olika metoder har kommit fram genom årens lopp. I några länder som Ungern, Finland och Norge har man också inom geotekniken tagit lärdom av denna utveckling och börjat använda andra enkla men bättre metoder för bestämning av organisk halt och karbonathalt.

2. UNDERSÖKNINGENS SYFTE OCH OMFATTNING

Vid SGI bedrivs sedan några år en större undersökning rörande organiska jordars geotekniska egenskaper. Denna forskning bedrivs med anslag från Statens råd för byggnadsfor skning och Vägverket.

I denna undersökning har ingått att finna enkla och billiga metode r med tillräcklig noggrann het fö r bestämning av organ isk halt, karbonthalt och sulfidhalt.

En genomgång av existerande metoder har därför gjorts och ett antal rela­

tivt enkla metoder har prövats. Resultaten från dessa försök har jäm­

förts med resul taten från mera avancerade bestämningar som utförts på samma material i andra laboratorier. Resultaten av bestämningarna av or­

ganisk halt har dessutom jämförts med bestämningar enligt glödgningsme­

toden och korrektionern a och noggrannheten för denna har studerats.

För att få en uppfattning om vi l ken noggrannhet i bestämningen av orga­ niska halt som kan erhållas med de mera avancerade utrustningar som finns idag har jämförande undersökningar utförts vid ett antal forskningsinsti­

tutioner.

Också för bestämning av karbonathalt har jämförande undersökningar utförts vi d dessa institutioner.

På basis av resultaten och erfarenheterna från dessa och andra undersök­

ningar rekommenderas några enkl a metoder för bestämning av de olika hal­

terna och en beskrivning och handledning för dessa ges i en bilaga.

3. METODER FÖR BESTÄMNING AV ORGANISK HALT 3.1 Allmänt

Bestämn ing av organisk halt har alltid varit av stort intresse för jord­

kemister och nya metoder har ständigt kommit fram ända sedan 1800-talets början. Litteraturen i ämnet är mycket omfattande och en ful lständig ge­

nomgång ligger utanför ramen för detta projekt.

En genomgång och utvärdering av de vanligaste metoderna f ram till 1950­

talets början har tidigare gjorts vid SGI (Silfverberg, 1957).

Silfverberg drog slutsatsen att torrförbränning med bestämning av den därvid avgivna koldioxiden var den noggrannaste bestämningsmetoden. Inte ens denna metod är dock exakt då man mäter total kolhalt och översätt­

ningen ti l l organisk halt är något omtvistad. I sin dåvarande form va r metoden omständig och krävde en erfaren kemist. En enklare våtförbrän­

ningsmetod (enl Thorn &Shu, 1951) med efterföljande titrering rekommen­

derades för rutinändamål. Också denna metod har dock av de flesta geotek­

niker ansetts alltför avancerad varför glödgningsmetoden i stort sett förblivit den enda metod som använts i geotekniska sammanhang i Sverige . Sedan dess har torrförbränningsmetoden utvecklats så att det nu finns morderna kolanal ysatorer . Dessa är dock dyra i inköp. Nya och bättre våtförbränningsmetoder har tillkommit och de snabba våtförbränningsmeto­

derna har ytterligare förenklats genom att titreringen ersatts med en kolorimeterbestämning . Det allra senaste tycks vara att med spektrofoto­

meter mäta reflexionen av ljusstrålar med olika våglängd från en snittyta i en jord och relatera denna till jordens organiska halt. Denna metod är dock än så länge i sitt tidiga utvecklingsskede och användbarheten är oviss .

3.2 Glödgningsförlust

Den inom geotekniken vanligaste metoden att bestämma organisk halt har varit att bestämma glödgningsförlusten. Metoden tillgår så att ett tor­

kat , pulvriserat och vägt prov upphettas under en viss tid i en glödg­

ningsugn . Efter avsvalning i vakuumexicator vägs provet ånyo och glödg­

ningsförlusten beräknas.

Olika glödgningstemperaturer från 350°C - 900°C har rekommenderats bero­

ende på vilka felkällor som funnits för de aktuella materialen och hur man valt att hantera dessa . Allmänt gäller att ju lägre temperatur som används desto längre tid erfordras för att få en ful lständig förbränning av det organiska materialet. Så fann Al-Khafaji &Andersland 1981 att ful l­

ständig förbränning vid 900°C erhölls efter 1-1,5 timmar medan minst 12 timmar erfordrades vid 350°C. Fig 3.

100

Il)

i ^C: 0 60

•

lJ. ^qooocsoo⁰ c

'§

₄₀

•

_{a 350°c} ^400°c

~ 0 nl"C

250°C

:E () 200"(

.2'

•

0 100°c

t 20

0 G

0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Il 12

lgnltlon lhoursl

Fig 3. Vi /umiw.,kru.n.g f,öll. .tJi.ä6ibJtV1.. -6om 6un.llion. av tid vid upphe.-tt­

ru.n.g till vafl..{,V1..an.de .tempV1..a.-tU1LV1... (Fil.ån Al-Kha6aji & An.deM­

lan.d, 198 1 . )

Under glödgningen förväntas allt organiskt material förbrännas och vikt­

förlusten i procent av det torkade provets massa (glödgningsförlusten) tas som ett mått på jordens organiska halt. Vid glödgningen sker dock också andra viktförändringar beroende på jordens övriga sammansättning.

Viktförluster orsakas främst av OH-gruppers avgång ur mineralpartiklar­

nas kristallgitter och av nedbrytning av karbonater. Oxidation av vissa mineral kan orsaka viktökning. (Thalme & Almen, 1975).

Olika mineral har ol ika egenskaper vad beträffar viktförändring vid ol ika uppvärmningstemperaturer. Detta används tex vid bestämning av förekomst av olika mineral med differentialtermisk analys. Typiska kurvor för hur olika mineral förändrar sin vikt vid olika uppvärmningstemperaturer vi­

sas i Fig 4.

i..., .,

'Mtght

fn>m 10 20 ...

WC

Cck;ilc

- -- >-l.Jthr..g 0943)-- Mc::r1tmor1lkn1c

- Mcl•n.z ~ g__ ('9S41

20 - -.-- -.-- -.-- --+---+- -+-+--+--+---1-\

__ _

--1 40'­

25'1.

~ ~ ~ ~

= =

^~

-

^{~ ,de}

la~rctun

fag 4. ^Vik.t6öll.lU-6.t vid uppvälunru.n.g 6öJt någon. min.V1..al. (Fil.ån S kem p.ton.

and Pe,tle.y, 1970. ) Ob-6 -6kalan. 6öJt W w.

15

Dessa kurvor illustrerar varför man på olika ställen i världen valt olika rekommenderade glödgningstemperaturer. regioner där jordarna har en viss mineralsammansättning kan man till stor del undvika vikt­

förluster i jordens mineralfas genom att hålla ner glödgningstemperatu­

ren till tex 440°C, (Arman, 1970).

I andra regioner där många olika mineral ingår i jordens sammansättning förändras viktförlusterna kontinuerligt och stabiliseras inte förrän vid en temperatur av 800°C - 900°C. Här är det vanligare att man använder glödgningstemperaturer denna storleksordning och att ma n sedan korri­

ge rar för viktförlusten i mineralfasen med någon empiriskt funnen kor­

rektion. Sådana korrektioner gäller endast för den typ av jord den är bestämd för och så kant ex inte de empiriska korrektioner som används i Sverige användas för jordar från andra geologiska regioner med andra mineralsammansättningar.

I Sverige har man som regel använt en glödgningstemperatur av 800°C och en glödgningstid av minst en timma. Den erhållna glödgningsförlusten kor­

rigeras sedan med erfarenhetsvärden baserade på de värden som uppgivits av Ekström 1927 från försök på svenska åkerjordar. Tabell 4.

TabeU, 4. E1t6a1tenhe.t6 vättden {,,ö!t lwMernon av glödgrung-6 6ölll.U/2.t enligt Elu.t!töm 7927.

Skillnaden 111d lan glödgni11gsforlust och 11111//ltalt for olika 11mllblnndade mineraljordar.

Glödgningsförlust minskad med mullhalt Matjordens mineralsub!iilans

ungefärligt ,·arierar mellan

medeltal

Sandartade jordar (sand-mj~la, moränmo) 0.4-J.2

Uttlcra. r.4-:Z.2.

Mc11anlera . . . . 2 .0 -2.9 2.5

Styv lera . 2.9-4.4 3.5

Mycket styv lera . 3-9-5-J 4.5

Glödgningsfor!ust for kalk- och lmmusfria mineraljordar.

Glödgning9förlust

Sandartade jordar 0.4- J.3

Llittlera . 1.5 -Z o

Mellanlera . J.7 -2. 5

Styv lera . 2.1- 3.9

Mycket styv lera 3-9-6.0

Ekströms värden bearbetades av Pusch 1974 för att bättre kunna relateras till geoteknisk klassificering. Tabell 5.

Tabe..U 5. GWdgn,,i_n91.i 6ölL-f,w.,:t hM oOJtgaYl,,{_I., k j oti.d 6tu 6ti.å.n kati.bona:tVt.

{Fti.å.n Pw.,ch, 1974. )

1 Räknat på material <20 mm. Jordart Lerhalt1 Glödgningsförlust

% %

Grus <5 1,0

Lerig sand, 5-15 1,5

silt och morän

Sandig, siltig 15-25 2,0

lera

Siltig lera 25-40 2,5

Lera 40-60 3,5

Lera >60 4,5

Pusch gjorde också en sammans t ällning av svenska undersökni ngar beträf­

fande lerfraktionens mineralsammansättning . Uto~ i områden med kambrisk el ler yngre berggrund där karbonater oc h svällande lermineral kan vara

r i kligt företräd da, befanns lerfraktionen i huvudsak bestå av illit, klo­

rit, vermikulit, kaolinit, glimmer, amfibol, kvarts , fältspater och bland­

skiktmi neral . Som allmän regel anges att då karbonat och montmorillonit saknas utgörs lerfraktionen till 30-50% av il lit, glimmer och blandskikt­

material, till 20-30%av kaolinit, klorit och vermikulit och till 20-50%

av kvarts, fä l tspat och andra bergartsbildande mineral än glimmer. Som en grov approximation antogs att kaolinit, klorit och vermikulit är lika representerade.

Ur mineralogisk litteratur hämtades representativa värden för glödgnings­

förluster för olika mineral. Tabell 6.

Bortseende från det relativt obetydliga innehållet av lermineral i grövre fraktioner och den, med undantag för glimmer, relativt ri nga glödgni ngs­

förlusten i de bergartsbildande mineralen räknade Pusch med dessa värden oc h normalfördelningen av lermineral fram en korrektionsfaktor i stor­

leksordni ngen 0,05 gånger jordens lerhalt 1). Korrektionen förutsätter att jorden är fri från främst karbonater.

1lLerhalten är här räknad på mtrl <20 mm.

Tabe.U. 6.

Mineral Sym- Massförlust i procent vid boler upphettning från I OS°C

till 800°C

Kaolinit K 12- 13

lllit 6- 7

Montmo- Mm 9-10

rillonit

Vermikulit V ,,.7

Klorit Kl JO- 12

Muskovit M 4,5 - 6

Fortfarande baserat på Ekströms värden från 1927 föreslog Thalme &Almen (1975) en korrektion för karbonatfria jordar av 0,09 gånger lerhalten om denna är 15-25% och 0,06 gånger lerhalten om den är över 25% . De olika korrektionerna är sammanställda i Fig 5.

Ur figuren framgår att den av Pusch framräknade korrektionen t i ll större delen förklarar de av Ekström empiriskt funna värdena. Genomgående är dock Ekströms värden för korrektion ca 1% högre än de teoretiskt framräk­

nade. Ekströms värden är de enda som veterligt belagts experimentel lt för svenska jordar.

För jordar med innehåll av karbonater gäller att stora viktsförluster uppstår då karbonaterna vid uppvärmning bryts ned till oxid och koldioxid.

Fullständig nedbrytning av kalcit (kalciumkarbonat) ger en viktsförlust av 44%av halten CaC0 3 • För dolomit (magnesiumkarbonat) och siderit (järn­

karbonat) är massförlusten mindre, i regel 10-30% enligt Pusch.

För en korrekt korrigering av glödgningsförlusten för karbonater skulle man således behöva bestämma såväl deras art som ande l av den fasta fasen.

Kalci umkarbonat är dock klart dominerande och som regel låter man en be­

stämning av karbonatinnehållet vara ett mått på halten CaC0 3 och korri­ gerar för detta.

100 /1

• / I

90

• • _•

^/ / I^I

: I

80

:,,

70

I:

,.:

• •

'd?. ⁶⁰

• •

I­_J

<!

I 50

er: w

_J

40 30 20 10

2 3 4 5 6

KORREKTION %

I I Ekström 1927

• • • Pusch 1974, bearb. av Ekström Pusch 1974, K=0,05 le

Thalme & Almeen 1975, bearb. av Ekström

Fig 5. Samman/2.tä.Urung av olika 11.oMeW.oneA 6ö1t g.li:idgrung-66ö/t,f_u.1,,t ,i,

k.a1tbona.t0^{11.,ta j 011.dM .}

Kalciumkarbonat förekommer i varierande mängder i de flesta jordar utom i översta torrskorpan där den på grund av vittring och urlakning försv un­ nit. Halten av kalciumkarbonat bör därför alltid bestämmas. Alternativt kan man först undersöka om jorden är karbonathaltig genom att begjuta ett delprov av den fuktiga jorden med utspädd saltsyra (det sk fräspro­

vet). Uppstår därvid ingen som helst fräsning kan man anta att jorden är i stort sett karbonatfri. Uppstår fräsning måste karbonathalten be­

stämmas och glödgningsfö rlusten korrigeras härför.

Thalme &Almen (1975) rekommenderar att man vid glödgning höjer tempera­

turen till över 900° för att förvissa sig om fullständig sönderdelning av kalciten.

Vid andra metoder där den organiska halten bestäms genom att mäta kolhal­

ten behandlas jorden ibland med saltsyra för borttagning av karbonatkolet.

Denna metod är inte lämplig vid bestämning av glödgningsförlust då behand­

lingen kan ge upphov till andra viktsförändringar vid glödgningen. Där­

emot plockas skalrester i görligaste mån bort innan halt av karbonat och glödgningsförlust bestäms.

Förekomst av svavelföreningar som järnsulfider ger också upphov till vikts­

förändringar vid glödgning. I jordar med höga halter av järnsulfider eller andra svavelföreningar kan den organiska halten därför inte direkt utvär­

deras ur glödgningsförlusten .

Utvärdering av organisk halt genom bestämning av glödgningsförlust är således inte en så enkel metod som den kanske först verkar. För en god­

tagbar bestämning av den organiska halten i en jord erfordras förutom glödgningen bestämningar av lerhalt och karbonathalt och korrigering för dessa. De i Sverige normalt använda korrigeringarna gäller endast för svenska jordar.

I sulfidjordar och jordar med höga halter av karbonater är me toden ej tillämplig för bestämning av organisk halt.

Bestämning av lerhalt i organiska jordar stöter dessutom på speciel la problem.

För bestämning av höga organiska halter är metoden med bestämning av glödgningsförlust dock en av de bättre på grund av den relativt stora provmängd som kan användas och att fe lkällorna i dessa fall som regel kan försummas. Glödgning används nästan alltid vid bestämning av orga­

nisk halt i torv. Härvi d benämns i regel glödgningsresterna som aska och man talar om torvens askhalt.

3.3 Behandling med väteperoxid

Olika metoder att bestämma den organiska halten genom behandling av jor­

den med väteperoxid har föreslagits (tex Robinson 1930, Jackson 1958).

Härvid begjuts de naturliga proven, med eller utan förbehandling, med väteperoxid tills reaktionerna upphör varpå proverna tvättas, torkas och vägs. Borttvättat material indunstas, glödgas och vägs, varpå viktsför­

lusten på grund av väteperoxidbehandlingen beräknas genom jämförelse med torkade obehandlade prover. Karbonathaltiga prover måste specialbehandlas.

Rent praktiskt är metoderna omständliga och medför ett tidsödande pass­

ningsarbete då reaktionen behöver påskyndas genom uppvärmning samtidigt som överkokning måste förhindras. En hanteringsmässigt enklare form av väteperoxid-behandling föreslogs av Rosenqvist (1946). I denna metod jäm­

fördes resultaten i glödgningsförlust mellan ett obehandlat delprov och ett delprov som behandlats med väteperoxid.

Metoderna utvärderades av Silfverberg (1957). Han fann att generellt för behandling med väteperioxid gäller att endast en del av det organiska materialet oxideras och att denna del kan variera inom mycket vida grän­

ser. Väteperoxidbehandlingen kan dessutom ge upphov till andra förändringar i provet som påverkar glödgningsförlusterna. Silfverberg fann sålunda att metoden med behandling av j orden med väteperoxid inte kunde använ­

das för bestämning av den organiska halten i jord och speciel l t inte med efterföljande glödgning vid låga organiska halter .

3.4 Bestämning av organisk halt genom bestämning av halten organiskt kol

Den metod för bestämning av organisk halt i jord som länge ansetts vara den noggrannaste är bestämning av halten organiskt kol . Detta sker genom torr eller våtförbränning. Härvid mäts ofta totala kolhalten som sedan måste korrigeras för karbonatkol . Halten organiskt kol omräknas sedan till organisk halt. Vid denna omräkning av uppmätt mängd organiskt kol till organisk hal t el ler humushalt använder man sig normalt av Wolff eller van Bemmelenfaktorn, som anger att 58% av det organiska materialet utgörs av organiskt kol. Ekström (1927) liksom Silfverberg (1957) fann vid sina litteraturgenomgångar att stora variationer i detta värde hade rappo rte­

rats. Genomgående används dock värdet 58% för omräkn ing av halt organiskt kol till organisk halt även om man bör vara medveten om att det inte är

exakt utan endast ett schablonvärde. Mohr (1979) anger att för danska jordar kan halten organiskt kol i det organiska materialet vara 10-20%

lägre i en del lågförmultnat organiskt material som avfall och vissa former av torv.

Vid jämförelser med andra metoder bör dock observeras att ett fel i om­

räkningsfaktorn ger ett procentuellt fe l av den verkliga organiska hal ­ ten och inte som andra felkällor i olika metoder ett fel i procent av det totala fasta materialet.

3.5 Bestämning av organiskt ko l genom torrförbränning

Kolhalten i ett prov kan bestämmas genom att provet förbränns en ström av syrgas el ler luft fri från koldioxid. Förbränningsgaserna renas sedan från damm, vatten och svavelföreningar. Eventuel l kolmonoxid förbränns helst katalytiskt till koldioxid och all utvecklad koldioxid fångas upp och bestäms kvanti tativt. Förbränningen sker normalt vid en temperatur av minst 900°C. Vid denna procedur bestäms den totala kolhalten . Det kol som finns i jorden i form av karbonater måste först förstöras alternativt bestämmas och korrigeras för när den organiska halten skall bestämmas.

Borttagning av karbonatkol kan ske genom förbehandling av provet med salt­

syra .

Metoden är gammal och finns i en mängd olika varianter. Den räknas fort­

fartande till de mest noggranna metoderna.

Metoden kräver i sina äldre former en omfattande apparatur, specialutbil­

dad personal och den är mycket tidskrävande. Fig 6.

Fig 6.

M

A. Syrgastub

B. Reduceri ngsventi l

C. Ascaritflaska för adsorbtion av ev COz D. Tvättflaska med svavelsyra

E. Öppningsbar anslutning F. Elektrisk ugn

G. Förbränningsrör

H. Reostat för temperaturreglering I. Stoftavskiljare

J. Svavelavski l jare K. Vattenavskiljare

L. Uppsamlingsflaska för COz M. Manometer och säkerhetsventil

En 1teJ'.ativ.t e.nkeJ'. u.tlttL6.tn,.i,ng {iö!t be/2.tämn,.i,ng av ko.tha,U. F!tå.n Ko.e..tho66 &Sande..e..e. 1950.

Numera finns mer eller mindre automatiska utrustningars k kolanalysato­

rer som också bygger på principen med torrförbränning. Förbränningen kan ske vid olika temperaturer tex 550°C och 1000°C och på så vis kan man separera organiskt kol och karbonatkol. Koldioxiden fångas i enklare mo­

deller upp i ascaritflaskor vars viktsförändring mäts. I de helt automa­

tiska kolanalysatorerna mäts koldioxiden genom tex mätning av förbrän­

ningsgasens ledningsmotstånd el ler, som i de senaste modellerna, med en infraröd detektor. Fig 7. Kolanalysatorer är dock dyra i inköp och de analyserbara provmängderna är ofta mycket begränsade.

F-<.g 7.

3.6 Bestämning av organiskt kol genom våtförbränning

Våtförbränning av kol sker med hjälp av ett starkt oxidationsmedel och en syra , van l igen kalium- eller natriumdikromat och svave l syra. Jordpro­

vet kokas i den oxiderande vätskan och koldioxiden renas och samlas upp på samma sätt som vid torrförbränning. En rad variationer med avseende på oxidationsmedel , syror, tillsatsmedel , katalytisk förbränning av kol­ monoxid samt uppsamling och mätning av koldioxiden har föreslagits. Fig 8.

G I A A

d e

B

A. Tuber för absorbtion av C02 luften B. Reaktions flaska

C. Kondensor D. Byrett för syra

E. Bubbelräknare med konc H2S04 F. Tub med granulerad zink G. Tub för absorption av vatten

H. U-rör med ascarit för upptagning av C02

I. Tub med kalciumklorid som skydd mot diffusion av luft och fukt.

F,i,g 8. Våx.6f/1tbJtänrungf.,u.,tJu.M:trung e.n.Ug;t McC1te.ady & Ha;,1.,,i,d (1942).

Förbränningen kan ske vid normalt tryck medan luft som renats från kol­

dioxid blåses eller sugs genom systemet. Den kan också ske under vakuum med efterföljande genomspolning av koldioxidfri luft. Graden av uppvärm­

ning kan också varieras. Ju mer värme som används desto mer av de mest resistenta organiska materialen förbränns. Varje variant av våtförbrän­

ning har sålunda en egen återvinningsgrad uttryckt i procent av den to­

tala kolhalten. Vid noggrannare metoder är återvinningsgraden mycket hög.

Förutom att mäta vi kten av utvecklad ko ldioxid vid våtoxidering har metoder för att mäta gastrycket (Slyke &Folch, 1940) och volymen hos koldioxiden föreslagits, (Hillebrand

&

Lundell, 1953). En enkel metod att mäta det gastryck som uppstår då ett jordprov i ett slutet system som evakuerats till va ku um kokas i en oxiderande vätska bestående av natriumdikromat och svavelsyra föreslogs 1967 av Moum .

De senare metoderna stöter på speciella problem då temperaturen påverkar mätningarna. Felkällor uppstår också om jorden tex är salthaltig då andra gaser än ko ldioxid kan utvecklas.

Liksom vid torrförbränning mäts den totala kolhalten vid våtförbränning och vid bestämning av organisk halt måste korrigering göras för karbonat­

kolet.

3.7 "Snabba" titreringsmetoder

Den förstas k snabba titreringsmetoden utvecklades av Schollenberger 1927. Metoden bygger på att man efter våtförbränning genom titrering be­

stämmer hur mycket av oxidationsmedlet som förbrukats vid förbränningen.

I Schol lenbergers metod blandas jorden med en bestämd mängd kaliumdikro­

mat varefter svavelsyra tillsätts. Blandningen upphettas under omrörning och temperaturen hålls vid 170-175° under 90-120 sekunder. Blandningen kyls sedan och späds med vatten som til l satts natriumfluorid . Därefter titreras blandningen med ammoniumjärnsulfat med difenylamin som indikator.

Metoden har förutom den relativa snabbheten i utförandet också den för­

delen för organisk halt bestämning att det är det organiska kolet som oxideras och indirekt mäts varför någon korrigering för karbonatkol inte behövs.

I snabb takt kom sedan förs lag ti l l varianter av Schollenbergers metod (tex Degtjareff 1930, Tiurin 1931 och 1934, Allison 1935). Den enklaste metoden presenterades av Walkley &Black 1934.

Walkley &Black's metod skiljer sig från Schollenbergers främst genom att uppvärmningen slopats. Kaliumdikromaten löses före tillsättandet i vatten och den värmeutveckling som sker då svavelsyran sedan späds är tillräcklig för att större delen av det organiska materialet skall oxi­

deras.

Olika förfaranden ger olika återvinningsgrader av det organiska kolet.

En undersökning av Crowther (1935), där prover sändes ut till olika la­

boratorier, visade att såväl torr- och våtförbränning som olika snabba titreringsmetoder gav i stort sett samma resultat i organiskt kol förut­ satt att den för försökstypen funna återvinningsgraden beaktades . Liknande resultat har erhållits vid andra undersökningar (tex Smith &

Weldon 1940). Stora skillnader som rapporterats av en del forskare som Allison (1960) gäller procentuella avvikelser räknat på kolhalten vid mycket låga kolhalter och är knappast av något intresse i geotekniska sammanhang.

Walkley &Black's metod har vunnit stor spridning och är en standardme­

tod i t ex Australien, England, Nya Zeeland och Ungern.

De främsta felkällorna i de snabba titreringsmetoderna är eventuella av­

steg från de kemikal ier och det förfarande som återvinningsgraden är be­

stämd för. Walkley gjorde 1947 en studie i olika felkällor i metoden . Förekomst av natriumklorid ger för höga organiska halter. Felet på kol­

halten är dock inte större än en tolftedel av kloridhalten vilket för en jord med en salthalt i porvattnet av 3% skulle ge ett fel i storleks­

ordningen 0,2% i organisk halt. I mycket kloridhaltiga jordar kan felet inte försummas utan i dessa måste man korrigera för salthalten. Bort­

tvättning av klorider är olämpligt eftersom en del av det organiska ma­

terialet kan försvinna vid tvättningen. Järnsulfider skulle kunna ge fel ­ aktiga värden på grund av oxidering av dessa. Walkley liksom Vestervall

(1963) drog dock slutsatsen att halten järnsulfid i ett lufttorkat prov är alldeles för liten för att ha någon praktisk betydelse i detta samman­

hang. Mohr (1979) har också funnit att pyrit påverkar resultaten från Walkley &Blackmetoden mycket lite.

Ett flertal forskare påpekar att förekomsten av mangandioxid skulle kunna ge för låga organiska halter då en del av ~xidationen skulle ske genom reaktion med denna . Ingen har dock veterligt påvisat denna effekt för naturliga jordar. Walkley (1947) undersökte manganrika jordar och fann att en mängd olika former av manganoxider förekommer i jord. Vid bestäm­

ning av organiskt kol befanns endast en i laboratoriet kemiskt framställd mangandioxid ha någon påtaglig effekt på resultatet.

Metson (1956) liksom Vestervall (1963) anger att återvinningsgraden av organiskt kol vid snabba titreringsmetoder kan variera något med den or­

ganiska halten men variationen är relativt liten.

En betydligt mod ifierad form av våtförbränning med efterföljande titre­

ring föreslogs 1971 av Nömmik . Metoden fordrar speciell apparatur. Den går ut på att provet kokas i en lösning med kromoxid och fosforsyra vid 160°C i ca 3 timmar. Den utbildade koldioxiden fångas upp i kaliumhydroxid, karbonater fälls ut med bariumklorid och överskottet av kaliumhydroxid titreras med saltsyra.

I karbonathaltiga jordar måste provet först förbehandlas och samma appa­

ratur kan användas för förbehandling av provet med metafosforsyra och bestämning av karbonatkol.

Nömmiks metod är att anse som en avancerad våtförbränningsmetod snarare än en snabb titreringsmetod. Den anses vara mycket noggrann.

En liknande men enklare och mindre noggrann procedur föreslogs 1951 av Thorn &Shu. Denna metod rekommenderades av Silfverberg (1957).

3.8 Kolorimetennetoden

Schollenberger (1945) var den förste att föreslå en ytterligare förenk­

ling av de "snabba ti treringsmetoderna". Vid oxidation med di kromat änd­

ras färgen av oxidationsvätskan från orange till grön då cr6+ övergår till cr3+. Genom att mäta intensiteten i den gröna färgen med kolorime­

ter skulle man kunna få en snabbare och enklare mätning av den organiska kolhalten.

Metoden togs snabbt upp av ett flertal forskare tex Graham (1948), Carolan (1948), Barkoff (1954) och Riehm &Ul rich (1954).

Graham (1948) fann att kolorimetermetoden var okänslig för vem som ut­

förde den medan titreringen kunde vara svår för otränad personal. Han föreslog därför en metod med snabb våtförbränning enligt Walkley

&

Black med efterföljande kolorimetermätning med användning av ett ljusfilter för våglängder nära 620 µm. Metoden är i stort densamma som används idag.

I Grahams metod får man vänta tills de finare partiklarna, som slammas upp i samband med förbränning och efterföljande utspädning, sedimenterar innan vätskan kan kanteras och färgintensiteten bestämmas. Carolan (1948) föreslog filtrering i stället för väntetid för att påskynda bestämningen.